周忠尚，陳保磊，賈體鋒，苗娟娟

（徐州徐工鐵路裝備有限公司，江蘇 徐州221001）

0 前言

輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)在水利工程、隧道、鐵路工程、礦業(yè)工程中大量使用[1]，鑿巖臺(tái)車(chē)具有鉆孔速度高、定向性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高和勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)[2]。我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)經(jīng)歷了近60余年的發(fā)展，現(xiàn)初步形成了獨(dú)立自主的生產(chǎn)規(guī)模和體系，逐漸登上國(guó)際市場(chǎng)舞臺(tái)。

1 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史回顧

1.1 國(guó)外發(fā)展歷程

國(guó)外的液壓鑿巖臺(tái)車(chē)經(jīng)歷近百年的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品不斷完善，品種規(guī)格齊全,使用日益廣泛。目前，已有20多個(gè)國(guó)家的幾十家公司能生產(chǎn)50多種不同型號(hào)的液壓鑿巖機(jī)及其臺(tái)車(chē)。現(xiàn)在世界上鑿巖臺(tái)車(chē)生產(chǎn)廠家競(jìng)爭(zhēng)的核心產(chǎn)品是全液壓鑿巖機(jī)，而臺(tái)車(chē)的作用是使液壓鑿巖機(jī)的優(yōu)越性得以充分發(fā)揮[3]。1970年法國(guó)Montabert公司成功研制出世界上第一臺(tái)可投入實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的H50型液壓鑿巖機(jī)，并且展示出其優(yōu)異的作業(yè)能力，同年法國(guó)Secoma公司研制出RPH35型液壓鑿巖機(jī)，揭開(kāi)了鑿巖設(shè)備快速全面發(fā)展的序幕。國(guó)外鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展歷程圖見(jiàn)圖1。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程

我國(guó)有關(guān)鑿巖臺(tái)車(chē)的研究在20世紀(jì)60年代起步，70年代時(shí)發(fā)展較快，進(jìn)入80年代中期，為了提高隧道施工機(jī)械化水平，我國(guó)有計(jì)劃地從瑞典、日本、芬蘭、瑞士等國(guó)的七家公司引進(jìn)全液壓鑿巖設(shè)備近30個(gè)型號(hào)500余臺(tái)整機(jī)，其中包括液壓鑿巖機(jī)1200余臺(tái)。進(jìn)入90年代，我國(guó)對(duì)電腦導(dǎo)向和全自動(dòng)控制的鑿巖機(jī)器人的研究取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。1998年，在國(guó)家“863”計(jì)劃下，中南工業(yè)大學(xué)開(kāi)始對(duì)鑿巖機(jī)器人進(jìn)行實(shí)用化研究并于2000年成功研制出國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)液壓鑿巖機(jī)器人，代號(hào)為JSZY2-90M，標(biāo)志著我國(guó)的鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)入到了實(shí)用和成熟階段。國(guó)內(nèi)鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展階段見(jiàn)圖2。

圖1 國(guó)外鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展歷程圖

圖2 國(guó)內(nèi)鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展階段

2 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)生產(chǎn)企業(yè)分布與用戶情況

2.1 產(chǎn)品生產(chǎn)情況

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上單臂、雙臂、三臂輪胎式掘進(jìn)鉆車(chē)的生產(chǎn)及應(yīng)用已比較普遍，三臂以上輪胎式掘進(jìn)鉆車(chē)在國(guó)外已有樣機(jī)（如安百拓四臂臺(tái)車(chē)），但國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)大量使用，每種類(lèi)型的鉆車(chē)根據(jù)配置及產(chǎn)品參數(shù)又分為多種系列，如單臂臺(tái)車(chē)、雙臂臺(tái)車(chē)、雙臂一籃臺(tái)車(chē)、三臂一籃臺(tái)車(chē)等，按照帶不帶駕駛室，又分為封閉式駕駛室鑿巖臺(tái)車(chē)與敞開(kāi)駕駛室鑿巖臺(tái)車(chē)（見(jiàn)圖3）。大致分類(lèi)如表1所示（以安百拓為例）。

2.2 國(guó)外企業(yè)分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)在國(guó)外屬較成熟產(chǎn)品，主要生產(chǎn)廠商有：瑞典山特維克、安百拓，挪威AMV等北歐企業(yè)，日本古河和小松，美國(guó)久益環(huán)球、卡特彼勒、特雷克斯等企業(yè)，加拿大RDH公司。久益環(huán)球公司2016年度被小松收購(gòu)，卡特彼勒收購(gòu)比塞洛斯部分也含有鑿巖臺(tái)車(chē)業(yè)務(wù)，全球輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)預(yù)計(jì)年銷(xiāo)量約2000～3000臺(tái)。

2.3 國(guó)內(nèi)企業(yè)分布情況

輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)大多于2000年以后開(kāi)始，其中礦用掘進(jìn)臺(tái)車(chē)類(lèi)以宣化華泰、唐山東方液壓、江西鑫通、浙江志高掘進(jìn)、浙江開(kāi)山重工、安徽銅冠機(jī)械為主，隧道掘進(jìn)臺(tái)車(chē)以中鐵裝備、徐工集團(tuán)、鐵建重工、長(zhǎng)沙五新為主，其中中鐵裝備主要與安百拓公司全系列合作生產(chǎn)，鐵建重工為引進(jìn)挪威AMV技術(shù)，徐工集團(tuán)以自主研發(fā)消化為主，長(zhǎng)沙五新剛進(jìn)行隧道掘進(jìn)三臂臺(tái)車(chē)研發(fā)，江西鑫通和浙江志高掘進(jìn)自2016年陸續(xù)研發(fā)出隧道用三臂臺(tái)車(chē)、兩臂臺(tái)車(chē)，

部分推向市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化鑿巖臺(tái)車(chē)陸續(xù)替代進(jìn)口臺(tái)車(chē)。預(yù)計(jì)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)年需求量大概400～500臺(tái)左右。

表1 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品類(lèi)型（以安百拓為例）

圖3 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)

2.4 用戶需求情況

隨著國(guó)內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平提高，國(guó)家對(duì)大中型礦山機(jī)械化開(kāi)采越來(lái)越嚴(yán)格，特別是國(guó)字號(hào)企業(yè)越來(lái)越關(guān)注產(chǎn)品的性能、質(zhì)量，倒逼輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)廠家進(jìn)行全系列性能升級(jí)。臺(tái)車(chē)用戶群體特點(diǎn)分析見(jiàn)表2。

3 我國(guó)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)與不足之處

3.1 優(yōu)勢(shì)

隨著國(guó)家相關(guān)政策以及機(jī)械化施工的推廣，我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)到了即將蓬勃發(fā)展的階段，國(guó)內(nèi)陸續(xù)推出新型號(hào)、新性能產(chǎn)品。我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)可總結(jié)為以下四點(diǎn)（見(jiàn)圖4）：

（1）隧道施工、礦山開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、制度對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)替代人工施工有更明確的規(guī)定，近年來(lái)國(guó)家安監(jiān)總局、中國(guó)鐵路總公司、中國(guó)中鐵、中國(guó)鐵建等大型央企陸續(xù)推出隧道施工安全九條規(guī)定，要求實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平，提高機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人的比例，國(guó)家日益提倡綠水青山就是金山銀山，隨著《環(huán)境保護(hù)法》對(duì)淘汰高能耗、高污染、低效率工藝和設(shè)備的要求，人工鉆孔施工的模式越來(lái)越被限制，《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃》中鼓勵(lì)高新設(shè)備和產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化更對(duì)國(guó)內(nèi)鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)有新的助力。

表2 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)用戶群體特點(diǎn)分析

圖4 我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

（2）在輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)家曾于上世紀(jì)80年代整機(jī)引進(jìn)瑞典安百拓、湯姆洛克產(chǎn)品，核心零部件——鑿巖機(jī)，國(guó)內(nèi)的浙江志高、永大、蓮花山等企業(yè)率先突破，在全電腦控制技術(shù)領(lǐng)域，山河智能曾經(jīng)在國(guó)家863項(xiàng)目中帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行理論研究。

（3）市場(chǎng)發(fā)展方面，輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)化程度低，隨著國(guó)內(nèi)隧道機(jī)械化施工水平升高，大量輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)等待增補(bǔ)，現(xiàn)階段礦山往大型化規(guī)模發(fā)展，礦山行業(yè)改組整合趨勢(shì)明顯，掘進(jìn)開(kāi)采設(shè)備需求明顯上漲，輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)專(zhuān)業(yè)化程度較高，國(guó)內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)類(lèi)似尖兵公司等專(zhuān)業(yè)化隧道承包管理公司、金誠(chéng)信等專(zhuān)業(yè)化礦山開(kāi)采分包商，市場(chǎng)發(fā)展更趨向于專(zhuān)業(yè)化運(yùn)作，市場(chǎng)更加有秩序。

（4）國(guó)家人口紅利日漸消失，勞動(dòng)力成本增長(zhǎng)快，現(xiàn)階段60后充斥手持式氣動(dòng)鑿巖機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)，80后、90后已經(jīng)不愿意進(jìn)入隧道、礦山手持氣動(dòng)鑿巖機(jī)施工，且工人工資日益增長(zhǎng)，新時(shí)代年輕人管理考核難度直線加大，倒逼施工企業(yè)用機(jī)械替代人工，因此也倒逼國(guó)內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)廠進(jìn)行全系列性能升級(jí)。

3.2 國(guó)內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)的不足之處

我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)因起步較晚，隧道、礦山施工機(jī)械化程度較低，自2010年度開(kāi)始產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式發(fā)展，不足之處可總結(jié)為以下三點(diǎn)（見(jiàn)圖 5）：

圖5 我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)產(chǎn)業(yè)不足

（1）技術(shù)積累尚顯不足，生產(chǎn)廠家產(chǎn)品系列化不全，類(lèi)似于安百拓、山特維克這種大型鑿巖臺(tái)車(chē)生產(chǎn)企業(yè)國(guó)內(nèi)尚未形成，國(guó)內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)生產(chǎn)廠家規(guī)模大多不超過(guò)十個(gè)億，傳統(tǒng)工程機(jī)械行業(yè)僅徐工一家涉足，且規(guī)模不大，尚未有大型機(jī)械行業(yè)廠家涉入；18千瓦以上液壓鑿巖機(jī)國(guó)內(nèi)企業(yè)尚未能夠攻克，全電腦控制技術(shù)除鐵建重工引入AMV產(chǎn)品以來(lái)尚未有廠家成功攻克，核心技術(shù)壁壘嚴(yán)重；國(guó)產(chǎn)臺(tái)車(chē)生產(chǎn)廠家尚未系統(tǒng)解決錨桿、管棚、超前地質(zhì)探測(cè)、干旱無(wú)水環(huán)境適應(yīng)性等方面的問(wèn)題，且產(chǎn)品細(xì)節(jié)與國(guó)外差距較大，產(chǎn)品穩(wěn)定性不足。

（2）鑿巖臺(tái)車(chē)，以三臂為例，單次投入高達(dá)600～1000萬(wàn)元，且耗材、配件費(fèi)用每月可達(dá)十多萬(wàn)，導(dǎo)致一些中小型施工企業(yè)或者礦山承包企業(yè)單次投入太大，更換及維修保養(yǎng)費(fèi)用高?，F(xiàn)階段以隧道施工為例，仍然堅(jiān)持人工操作氣動(dòng)鑿巖機(jī)施工，偏遠(yuǎn)地區(qū)人工成本略低于設(shè)備運(yùn)行成本，導(dǎo)致設(shè)備推廣不利。

（3）在市場(chǎng)推廣方面，因?yàn)樗淼朗┕?jiān)持層層分包制度，導(dǎo)致工序僅有單個(gè)施工隊(duì)伍完成，承包商不愿意單工序單業(yè)務(wù)模式下承擔(dān)過(guò)高設(shè)備引入費(fèi)用，且專(zhuān)業(yè)化分工隊(duì)伍不多，類(lèi)似于尖兵公司、徐工重慶隧道公司等專(zhuān)業(yè)化設(shè)備施工分包公司少，導(dǎo)致市場(chǎng)推廣較慢；現(xiàn)階段鑿巖臺(tái)車(chē)施工與操作手水平、維修保養(yǎng)人員素質(zhì)息息相關(guān)，因這類(lèi)人才缺乏，導(dǎo)致設(shè)備專(zhuān)業(yè)化管理基礎(chǔ)薄弱，導(dǎo)致鑿巖臺(tái)車(chē)市場(chǎng)推廣有待于進(jìn)一步打開(kāi)。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及展望

4.1 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展趨勢(shì)

輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)基本分類(lèi)模式為鉆臂覆蓋斷面范圍，本文引用安百拓分類(lèi)模式。輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)大致經(jīng)歷狹窄型、低矮型、小型、中型、大型、超大型，鉆臂從單臂、兩臂發(fā)展到兩臂一籃、三臂一籃，現(xiàn)階段鉆臂覆蓋范圍圍繞專(zhuān)業(yè)化施工、智能化開(kāi)采進(jìn)行系列化補(bǔ)全和全電腦模式兩個(gè)大方向。

4.2 國(guó)內(nèi)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)發(fā)展趨勢(shì)

從圖6可以看出，國(guó)外單臂、雙臂、三臂臺(tái)車(chē)分布均衡，說(shuō)明礦山與隧道領(lǐng)域機(jī)械化程度均很高；國(guó)內(nèi)單、雙臂臺(tái)車(chē)數(shù)量較多，三臂臺(tái)車(chē)較少，說(shuō)明臺(tái)車(chē)主要應(yīng)用于礦山狹窄巷道，隧道市場(chǎng)潛力較大；國(guó)外電腦臺(tái)車(chē)型號(hào)較多，國(guó)內(nèi)僅鐵建重工引入了電腦臺(tái)車(chē)技術(shù)，應(yīng)及早儲(chǔ)備電腦臺(tái)車(chē)技術(shù)，應(yīng)對(duì)未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)；電腦控制技術(shù)多應(yīng)用于多臂臺(tái)車(chē)，尤其是三臂臺(tái)車(chē)，單臂臺(tái)車(chē)則很少使用。

4.3 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)技術(shù)展望

我國(guó)輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可以從平臺(tái)升級(jí)和性能提升兩個(gè)部分來(lái)分開(kāi)陳述，平臺(tái)升級(jí)方面，大致分四個(gè)階段。

（1）全液壓直控技術(shù)普及階段 （2011-2014年），該平臺(tái)系列產(chǎn)品主要表現(xiàn)為所有控制皆為液壓閥塊直接控制，控制方式簡(jiǎn)單，但管路比較復(fù)雜且雜亂，設(shè)備本身為節(jié)流型系統(tǒng)壓力控制，能耗一般比較高，會(huì)有溢流減壓發(fā)熱現(xiàn)象，例如徐工TZ3產(chǎn)品（見(jiàn)圖 7）、鑫通單臂 DW1-31、兩臂DW2-104產(chǎn)品、志高UJ21產(chǎn)品、華泰HT81產(chǎn)品等。

（2）液壓先導(dǎo)+半電控技術(shù)平臺(tái)階段（2015-2018年），該階段系統(tǒng)產(chǎn)品液壓操縱考慮到管線路簡(jiǎn)潔，將部分輔助操作功能設(shè)計(jì)為電控模式，操作臺(tái)更加美觀，手柄操作部分因液壓直控閥塊體積較大，設(shè)計(jì)為液壓先導(dǎo)模式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互性更好、元件布置在執(zhí)行機(jī)構(gòu)附近，管路簡(jiǎn)化明顯，維護(hù)更加方便。安百拓XL3D、志高UJ33、鑫通DW3-180等皆為該類(lèi)型產(chǎn)品。同時(shí)部分廠家新增封閉駕駛室或者電腦導(dǎo)向功能，提高整車(chē)的人機(jī)和智能化水平，類(lèi)似產(chǎn)品有中鐵裝備DJ3C（見(jiàn)圖 8）、徐工 TZ3S、鑫通 DW3-180E 等。

（3）全電腦臺(tái)車(chē)階段（2019年以后），該技術(shù)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)臺(tái)車(chē)自動(dòng)定位、司鉆、布孔、實(shí)現(xiàn)地質(zhì)報(bào)告，臺(tái)車(chē)同時(shí)具備3D掃描功能，整車(chē)控制方式為電控，具有故障檢測(cè)功能、鑿巖參數(shù)自動(dòng)匹配、信息存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可以精確控制炮孔尺寸，同時(shí)配備MWD地質(zhì)管理軟件。安百拓XE3C、鐵建重工ZYS113為代表型號(hào)（見(jiàn)圖9）。

圖6 輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)外類(lèi)型分布對(duì)比

圖7 全液壓直控類(lèi)型產(chǎn)品（徐工TZ3）

圖8 液壓先導(dǎo)+輔助電控（安百拓XL3D）、電腦導(dǎo)向+封閉駕駛室類(lèi)型產(chǎn)品（中鐵裝備DJ3C）

圖9 全電腦臺(tái)車(chē)類(lèi)型產(chǎn)品（鐵建重工ZYS113、安百拓XE3C）

性能提升部分，輪胎式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)國(guó)內(nèi)一直在進(jìn)行六大系列升級(jí)工作，技術(shù)展望大致分六個(gè)方面。

（1）模塊化。現(xiàn)階段輪式液壓鑿巖臺(tái)車(chē)推進(jìn)器有很多款長(zhǎng)度尺寸，適應(yīng)不同鉆深需求，同時(shí)鉆臂也有較大覆蓋范圍，適應(yīng)不同斷面大小，每種推進(jìn)器、鉆臂匹配至單臂、兩臂、三臂臺(tái)車(chē)上形成若干型號(hào)產(chǎn)品,已經(jīng)成為未來(lái)鑿巖臺(tái)車(chē)廠商技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，模塊化設(shè)計(jì)正在急速進(jìn)行。

（2）智能化。以全電腦臺(tái)車(chē)為例，該產(chǎn)品具備鉆臂測(cè)量反饋、故障檢測(cè)、信息存儲(chǔ)追溯等系列信息化功能，可以提高作業(yè)效率，減少人為因素對(duì)臺(tái)車(chē)司鉆困擾，提高部分施工質(zhì)量，以鐵建重工為例，其引進(jìn)挪威AMV公司技術(shù)，在國(guó)內(nèi)推廣鑿巖臺(tái)車(chē)智能化施工。

(3）舒適性。鑿巖臺(tái)車(chē)在隧道及地下礦山施工掘進(jìn)，一般環(huán)境較為惡劣，潮濕、陰冷、高噪音對(duì)操作人員身體健康影響較大，因此選配封閉駕駛室，提高人機(jī)舒適性、降低臺(tái)車(chē)噪音、改善作業(yè)環(huán)境迫在眉睫。

(4）多功能。現(xiàn)階段隧道施工在超前地質(zhì)探測(cè)、錨桿功能、水沖洗、氣吹孔、高海拔等有進(jìn)一步要求，因此鑿巖臺(tái)車(chē)必須進(jìn)行多功能選配提升，適應(yīng)各種施工工況。

(5）低成本。鑿巖臺(tái)車(chē)在國(guó)內(nèi)陸續(xù)推行降成本戰(zhàn)略，外資品牌在國(guó)內(nèi)建立合資工廠，如安百拓南京工廠、山特維克臨工礦山等，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采取鑿巖機(jī)、液壓元件、水泵、空壓機(jī)替換等方案，進(jìn)一步降低鑿巖臺(tái)車(chē)整車(chē)成本，降低客戶的購(gòu)買(mǎi)成本。

(6）便捷性。鑿巖臺(tái)車(chē)在施工以后，為保障設(shè)備的可靠性需進(jìn)一步進(jìn)行維修保養(yǎng)，為提高保養(yǎng)便捷性，現(xiàn)階段廠家會(huì)加配集中潤(rùn)滑系統(tǒng)為底盤(pán)及大臂進(jìn)行潤(rùn)滑，同時(shí)采取軟硬管結(jié)合設(shè)計(jì)，降低軟管的爆管率，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)本身一般會(huì)考慮維修保養(yǎng)，提高濾芯、機(jī)油更換方便性。

圖10 模塊化、智能化、舒適性示意圖

圖11 多功能、低成本、維修保養(yǎng)便捷性示意圖